买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：华南理工大学

摘要：本发明提供一种新型无刷无槽高速永磁直流电机，包括外定子、内定子和转子，外定子通过外定子卡槽与内定子固定卡口相连；内定子设有内定子开槽；内定子有电枢绕组绕制在内定子轭上，使绕组一边在内定子内表面，一边在内定子外表面；转子有两个不同极性的由多个等腰梯形永磁体组成的正多边形环，使不同正多边形环对应的气隙部分磁场方向相反；所述的转子在不同正多边形环之间设有金属板,阻隔磁场在气隙的轴向流通。本发明内定子采用两套电枢绕组结构，加工简单。本发明电机产生的电流和转矩波动小；转子有护环，使电机可以运行在高速状态下。同时与传统的无刷直流发电机或电动机相比没有电枢退磁效应，齿槽效应，电枢反应等不利影响。

主权项：1.一种无刷无槽高速永磁直流电机，包括外定子，内定子和转子，其特征在于：所述的外定子通过外定子卡槽4003与内定子固定卡口3003相连；所述内定子设有内定子开槽3002，作为安装电枢绕组时的入口；所述内定子有电枢绕组6001绕制在内定子轭上，使绕组一边在内定子内表面，一边在内定子外表面；所述的转子有两个不同极性的由多个等腰梯形永磁体2002组成的正多边形环，使不同正多边形环对应的气隙部分磁场方向相反；所述的转子在不同正多边形环之间设有金属板,阻隔磁场在气隙的轴向流通；所述内定子有内定子径向槽6003；电枢绕组6001经过内定子径向槽6003缠绕在内定子轭3001上；内定子设有的内定子开槽3002，使线圈在安装时一边在内定子内表面，一边在内定子外表面，从而使旋转磁场只切割线圈位于内定子的内边，不切割线圈位于内定子外的一边；电枢绕组6001经过内定子径向槽6003缠绕在内定子轭3001上，用固结剂将电枢绕组6001固定在内定子轭3001；电机的一个相带宽度对应的所述等腰梯形个数为n，n为正整数；所述的一种无刷无槽高速永磁直流电机的相带数m，一个由等腰梯形永磁体2002组成的正多边形环的永磁体个数H＝n·m。

全文数据：一种新型无刷无槽高速永磁直流电机技术领域[0001]本发明涉及永磁直流电机技术领域，具体涉及一种新型无刷无槽高速永磁直流电机。背景技术[0002]目前常规无刷永磁直流电动机大部分是用电力电子开关控制对应的绕组通入直流电，从而与转子的永磁磁场相互作用。从而使电机转起来。如专利号CN201621125632.1，CN201610711132.4,CN201610956189.0,CN201611036836.2,CN201610882958.7,CN201610852892.7，CN201610560312.7。虽然电力电子技术与传感器已经比较成熟，可以正确的控制直流电进入绕组，也能准确的得到转子的位置，但由于传统永磁电机固有的结构和电力电子与传感器的故障使得永磁电动机的转矩波动和可靠性降低。而且随着生产直流电动机的功率增大，电力电子器件的寿命和损耗也是具有挑战性的问题。所造成的结果是无刷永磁直流电动机的日常维护增加，可靠性和安全性降低。所以，一个能产生高质量运行转矩和维护工作量小的的无刷永磁电动机的设计，也一直困扰着我们。另外，常规电机的无刷直流发电机大部分是用电力电子整流器将发出的交流电整流成直流电，如专利号：2013102268481。但由于生产直流功率的增大，电力电子器件的寿命也是一个问题。所造成的结果是无刷直流发电机的日常维护增加，可靠性和安全性降低。所以，一个能产生高质量直流电和维护工作量小的的无刷发电机设计，也一直困扰着我们。而且这两种永磁电机一般不能通用，即不能同时为发电机和电动机，因为这两种电机用到的电力电子电路是不一样的。同时传统永磁直流电机和传统的无刷永磁直流电机都存在电枢退磁问题，一旦发生电枢退磁，对于永磁电机的损坏就是永久性的。同时专利一种新型无刷免整流直流发电机2016211505930是有槽结构，不仅结构复杂给加工带来很大麻烦和增加生产成本，同时相同半径尺寸槽面积减少，槽利用率减小，而且还有一定的齿槽效应，。同时专利201621150593的电枢绕组在不同辐射环中间的出线槽的交叉绕线使不同磁场极性产生的电动势在线圈的方向一致，即电枢绕组是一套线圈，两个定子结构要同时按照一套电枢绕组，加工工序复杂。另外专利201621150593采用的是表贴式的辐射环（1001，在高速的情况机械强度不够;所以不能运行于高速状态。根据目前辐射环的市场行情，是不能把辐射环做的尺寸很大，所以做成大尺寸电机也不适合。为此设计这个一种新型无刷无槽高速永磁直流电机。这个电机可以通过更简单的加工工序加工，从而降低成本。发明内容[0003]有鉴于现今技术高速发展，特别世界在永磁材料与技术的发展带动了电机行业的再一次的繁荣和跨越式的前进，本发明提供一种新型无刷无槽高速永磁直流电机，这个电机可以不用辐射环，只用规则等腰梯形永磁体，从而更适合大尺寸电机生产。同时这个电机既可以运行在发电状态，又可以运行在电动状态，其中一种辐射环的开发与应用更是为这个古老的电机行业增加新的气息。[0004]本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。[0005]—种新型无刷无槽高速永磁直流电机，包括外定子，内定子和转子，所述的外定子通过外定子卡槽与内定子固定卡口相连;所述内定子设有内定子开槽，作为安装电枢绕组时的入口；所述内定子有电枢绕组绕制在内定子辄上，使绕组一边在内定子内表面，一边在内定子外表面;所述的转子有两个不同极性的由多个等腰梯形永磁体组成的正多边形环，使不同正多边形环对应的气隙部分磁场方向相反;所述的转子在不同正多边形环之间设有金属板，阻隔磁场在气隙的轴向流通。[0006]进一步地，所述内定子有内定子径向槽；电枢绕组经过内定子径向槽缠绕在内定子辄上。[0007]进一步地，内定子设有的内定子开槽，使线圈在安装时一边在内定子内表面，一边在内定子外表面，从而使旋转磁场只切割线圈位于内定子的内边，不切割线圈位于内定子外的一边。这样可以避免线圈内产生的电动势相互抵消，从而运行在发电机状态时产生不出直流电，运行在电动机状态时，产生不出转矩。[0008]进一步地，电枢绕组经过内定子径向槽缠绕在内定子辄上，用固结剂将电枢绕组固定在内定子辄。[0009]进一步地，所述转子设有护环。[0010]进一步地，电机的一个相带宽度的对应所述等腰梯形个数n，n为正整数;所述的一种新型无刷无槽高速永磁直流电机的相带数m，一个由等腰梯形永磁体组成的正多边形环的永磁体个数H=n·m。[0011]进一步地，所述内定子在每个内定子上分别绕制一套绕组，使每个内定子可以分开加工。[0012]进一步地，所述金属板为圆环铜板。[0013]与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明的一种新型无刷无槽高速永磁直流电机运行在发电机状态时，使绕组所产生的电动势的方向一致，不需要整流逆变器和电刷；运行在电动机状态时，使转子受到的力方向一致，不需要传感器和电力电子控制电流来控制绕组的通电和断电；内定子采用两套电枢绕组结构，加工简单，成本降低；电机的相带数m、一个由等腰梯形永磁体组成的正多边形环的永磁体个数H和一个相带宽度的等腰梯形永磁体个数为η满足关系H=n·m，使电机产生的电流和转矩波动小。转子有护环，使电机可以运行在高速状态下，有不至于很大程度减小气隙磁场；同时由于硅钢片的导磁率很大，可以减小正多边形磁环引起的磁场波动，从而减少磁滞损耗。同时与传统的无刷直流发电机或电动机相比没有电枢退磁效应，齿槽效应，电枢反应等不利影响，使其安全性和可靠性更高，后期的维护工作量少。附图说明[0014]图1为实施例中辐射环极性分布图。[0015]图2为实施例中转子的径向剖切图。[0016]图3为实施例中内定子剖切图。[0017]图4为实施例中外定子和内定子组合的的剖切图。[0018]图5为实施例中转子轴向剖切图和线圈电流方向图[0019]图6为实施例中定子轴向剖切图和线圈电流方向图。[0020]图7为实施例中拼接式无刷无槽无整流逆变器永磁直流电机的三维结构示意图。[0021]图8为实施例中气隙磁场曲线图。[0022]图中：1001.是辐射环，2001.是转子铁芯，2002.是等腰梯形永磁体，2003.是护环，3001.是内定子辄，3002.是内定子开槽，3003.是内定子固定卡口，3004.是内定子螺栓孔，4001.电机电枢线圈槽，4002.是外定子辄，4003.是外定子卡槽，4004.是外定子螺栓孔，5001.圆环铜板，5002.转子固定环，5003.是转子轴，6001.电枢绕组，6002.内定子径向槽极,6003.内定子径向槽。具体实施方式[0023]以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施保护不限于此，需指出的是，以下若有未特别详细说明之处，均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。[0024]本实施例的一种新型无刷无槽高速永磁直流电机，包括外定子，内定子和转子各个部件按图2、图4、图5、图6所示连接。所述的外定子有固定卡槽4003，与内定子的固定卡口3003相连;所述内定子有固定卡口3003，与外定子卡槽4003相连;所述内定子有内定子开槽3002,安装电枢绕组时的入口；所述内定子有绕组6001绕制在内定子辄上，使绕组一边在内定子内表面，一边在内定子外表面;所述内定子在每个内定子上分别绕制一套绕组，使每个内定子可以分开加工;所述的转子有两个不同极性的由等腰梯形永磁体2002组成的正多边形环，使不同正多边形环对应的气隙部分磁场方向相反;所述的转子在不同正多边形环之间有圆环铜板5001，阻隔磁场在气隙的轴向流通;所述内定子有内定子径向槽6003;所述转子有护环2003;所述一个相带宽度的对应等腰梯形个数η为正整数;所述的一种新型无刷无槽高速永磁直流电机的相带数m、一个由等腰梯形永磁体2002组成的正多边形环的永磁体个数H和一个相带宽度的等腰梯形永磁体2002个数为η要满足关系H=n·m。[0025]现有一种新型无刷免整流直流发电机CN2016211505930充分运用了辐射环的优点。但是根据目前辐射环的市场行情，是不能把辐射环1001做的尺寸很大，所以该专利申请CN2016211505930做成大尺寸电机也不适合，而且永磁体的机械强度很小，所以也不能运行于高速状态。本实施例充分应用现有成熟的规则的永磁体2002去实现辐射环单极效果。当然如果只是做成像辐射环产生的单极磁性效果当然很简单，只要把规则的永磁体组成一个正多边形环就可以了。关键的就是规则的永磁体组成的正多边形环（如图2产生的是波动的单极气隙磁场如图8，其中每个磁场波动齿宽度对于一个等腰梯形宽度。波动的单极气隙磁场会产生波动的电压、电流和受力、转矩。波动的转矩会严重影响电机性能。当单极波动磁场旋转切割导线产生波动的直流电，运行在发电机状态。或通入电枢电流，使导体在辐射环产生的单极波动磁场中受到单向波动力的作用，从而推动转子旋转，运行在电动状态。所以本发明通过设计消除波动，又不至于其他性能受到很大影响。[0026]设电机的相带数为m，一个相带对应于一个电枢绕组;转子是一个由等腰梯形永磁体2002组成的正多边形环的永磁体个数为H，这个正多边形环的边数就是H。一个相带宽度的等腰梯形永磁体2002个数为η。根据推导我们可以得到一个相带电动势公式为。其中B为磁场强度，V为磁场旋转速度，1为绕组一边长度，N为绕组串联匝数。从公式我们可以知道对于同一个电机稳态运行时匝数、速度、绕组一边长度都是不变的，也就是这些因素不会对电压波动作出贡献。也就是说如果电压波动，只能是因为公式后面的那个积分部分。经过推导我们知道对于周期函数的积分来说，只要保持积分路径的长度是周期函数的周期的整数倍，那么积分的值是常数。所以要消除一种新型无刷无槽高速永磁直流电机的电压电流波动要使一个相带宽度的磁场强度B波动周期为整数，所以一个相带宽度的对应等腰梯形个数η为正整数。所以本发明电机的相带数m、一个由等腰梯形永磁体2002组成的正多边形环的永磁体个数H和一个相带宽度的等腰梯形永磁体2002个数为η要满足关系H=n·m。[0027]设计中，转子有两个不同极性的由等腰梯形永磁体2002组成的正多边形环，产生的磁场，在转子高速旋转时每个极只切割定子导体的一部分，如图6;同时经过线圈6001在不同由等腰梯形永磁体2002组成的正多边形环的中间的出线槽6003使电流流向该内定子外表面槽的导体，加上内定子3001的导磁，使处在内定子外表面的线圈边不受旋转的磁场切割，没有电动势产生。这样就使每个线圈总的电动势方向一致。经过推导可以得出产生的电压为。其中B为磁场强度，V为磁场旋转速度，1为绕组一边长度，N为绕组串联匝数。这样就可以把两个定子上不同磁场极性产生的电动势通过串并联产生不同的直流电压，在线圈的电动势方向一致，使电机运行在发电机状态。[0028]当两个定子的电枢绕组通入不同的直流电流，如图6。使两套电枢绕组在内定子内部产生的电流方向相反。由于两个定子处在不同极性的由等腰梯形永磁体2002组成的正多边形环位置和内定子6002的导磁，使处在内定子内外表面的线圈边处在不同磁场强度中，产生的力方向和大小也不同，其中内表面受到的力大于外表面，外表面的力很小。经过推导电机所受的力有’其中B为磁场强度，I为每根导体电流大小，1为绕组一边长度，N为绕组串联匝数。同时两个定子电流不同使定转子受同一个方向的力，进而运行在电动机状态。[0029]同时内定子有个开槽3002。它的作用是使线圈在安装时可以一边在内定子内表面，一边在内定子外表面，如图6,从而使旋转磁场只切割线圈内定子内边，不切割线圈内定子外的边，这样可以避免线圈内产生的电动势相互抵消，从而运行在发电机状态时产生不出直流电，运行在电动机状态时，产生不出转矩。电枢绕组6001经过内定子径向槽6003缠绕在内定子辄3001上，如图6,然后用固结剂将电枢绕组6001固定在内定子辄3001。[0030]线圈在安装时一边在内定子内表面，一边在内定子外表面，因为铜的导磁率接近空气，所以在一种新型无刷无槽高速永磁直流电机的气隙磁场强度分布不受槽的影响，同时本发明电机的相带数m、一个由等腰梯形永磁体2002组成的正多边形环的永磁体个数H和一个相带宽度的等腰梯形永磁体2002个数为η要满足关系H=n·m。这样经过推导公式计算可知，每相绕组产生的电动势和受力是不变的。这样使整个电机产生的直流电和转矩就不会有波动。同时绕组产生的主磁通只通过内定子形成回路，不经过有永磁体的转子，这样电机就可以消除电枢反应的退磁效应，同时也不用安装补偿绕组和换向绕组，从而降低直流电机的复杂性和成本。[0031]转子装备两个不同极性的由等腰梯形永磁体2002组成的正多边形环，切割内定子内侧面时使内定子辄的电动势相互抵消，以至于不会对外产生电动势，威胁使用电机的工作人员。同时不同由等腰梯形永磁体2002组成的正多边形环之间还有圆环铜板5001以减少不同由等腰梯形永磁体2002组成的正多边形环的磁场在气隙之间直接闭合，从而减少电机漏磁。[0032]转子有由硅钢片压制成的转子护环，由于其机械强度较强，所以电机能运行在高速状态下；同时由于硅钢片的导磁率很大，可以减小正多边形磁环引起的磁场波动，从而减少磁滞损耗。

权利要求：1.一种新型无刷无槽高速永磁直流电机，包括外定子，内定子和转子，其特征在于:所述的外定子通过外定子卡槽4003与内定子固定卡口（3003相连;所述内定子设有内定子开槽3002，作为安装电枢绕组时的入口；所述内定子有电枢绕组6001绕制在内定子辄上，使绕组一边在内定子内表面，一边在内定子外表面;所述的转子有两个不同极性的由多个等腰梯形永磁体2002组成的正多边形环，使不同正多边形环对应的气隙部分磁场方向相反;所述的转子在不同正多边形环之间设有金属板，阻隔磁场在气隙的轴向流通。2.根据权利要求1所述的一种新型无刷无槽高速永磁直流电机，其特征在于所述内定子有内定子径向槽（6003;电枢绕组（6001经过内定子径向槽（6003缠绕在内定子辄3001上。3.根据权利要求1所述的一种新型无刷无槽高速永磁直流电机，其特征在于内定子设有的内定子开槽3002，使线圈在安装时一边在内定子内表面，一边在内定子外表面，从而使旋转磁场只切割线圈位于内定子的内边，不切割线圈位于内定子外的一边。4.根据权利要求1所述的一种新型无刷无槽高速永磁直流电机，其特征在于电枢绕组6001经过内定子径向槽6003缠绕在内定子辄3001上，用固结剂将电枢绕组6001固定在内定子辄3001。5.根据权利要求1所述的一种新型无刷无槽高速永磁直流电机，其特征在于所述转子设有护环2003。6.根据权利要求1所述的一种新型无刷无槽高速永磁直流电机，其特征在于电机的一个相带宽度的对应所述等腰梯形个数η，η为正整数;所述的一种新型无刷无槽高速永磁直流电机的相带数m，一个由等腰梯形永磁体2002组成的正多边形环的永磁体个数Η=η·m。7.根据权利要求1所述的一种新型无刷无槽高速永磁直流电机，其特征在于所述内定子在每个内定子上分别绕制一套绕组，使每个内定子可以分开加工。8.根据权利要求1所述的一种新型无刷无槽高速永磁直流电机，其特征在于所述金属板为圆环铜板5001。

百度查询： 华南理工大学 一种无刷无槽高速永磁直流电机